【上海交通大学】“东数西算”背景下，高校超算如何建设？
“东数西算”工程于日前正式全面启动，全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计。我国将在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群。
所谓“东数西算”，“数”指的是数据，“算”指的是算力，即对数据的处理能力，一般是指超级计算、人工智能计算和云计算。“东数西算”通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系，将东部算力需求有序引导到西部，优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动。
三个层面解读“东数西算”
数据正成为现今数字时代的关键生产要素，算力也在扮演着全新生产力的角色。因此，以超级计算、人工智能计算和云计算等为代表的算力基础设施将会是今后科技进步与社会发展的重要支撑。
林新华
上海交通大学
网络信息中心副主任
上海交通大学网络信息中心副主任林新华认为，“东数西算”将使我国从三个层面受益：
从资源层面来看，“东数西算”有助于促进资源的合理使用。一方面，西部丰富的电力和土地资源将得以合理利用；另一方面，东部地区的电力负担也将得到极大减轻，建设计算中心的用地成本也将大幅降低。
在社会发展层面，“东数西算”将会带动西部地区的经济发展。通过建设各类计算中心，不仅可以带动相关产业的发展和人才培养，减轻东部大城市的压力，也有助于区域经济发展，提高当地人民生活水平。
从战略层面来讲，“东数西算”体现了一种居安思危意识。作为重要的科技和军事资源，目前我国算力过于集中在东部地区，因此充分利用西部地区的战略纵深和资源优势，将有助于在愈演愈烈的国际冲突中有效保护我国算力资源。
从全球角度来看，国外也遵循了类似的建设思路，选择将算力中心建在远离大城市的地方，比如美国选择在新墨西哥州建设超算中心，日本选择在神户建设超算中心。
我国算力如何？
计算与理论研究、科学实验一起成为人类探索未知世界的三大科学手段。因此，属于国家战略高技术领域的超级计算机也常被喻为“国之重器”。
林新华表示，作为当前科技、军事、产业发展的重要支撑工具，超算是算力最强、耗电最大、造价最贵和使用率最高的计算设备。由于对广域网的网络延迟要求不高，因此非常适合远距离计算。
我国已建立多个国家级超算中心，分别位于天津、广州、深圳、长沙、济南、无锡、郑州等地。国家超算中心为科学研究、城市治理、产业发展、社会民生等诸多领域提供计算和技术支持服务，成为我国科技创新、经济发展和社会进步的重要驱动力。
根据2021年11月15日公布的第58届全球超级计算机TOP500榜单，在超算数量方面，中国以173台位居首位，美国以150台紧随其后，中美两国拥有的Top500超算总数占到全球的约三分之二；算力排名方面，美国以32.5%的算力排名第一，日本以20.7%的算力位居第二，中国以17.5%的算力位列第三。
目前位列TOP500榜首的超算是日本的富岳（Fugaku），于2020年6月建成，其理论峰值性能为537,212TFlops（TFlops为每秒万亿次浮点运算），实际最大算力达到415,530TFlops。
在全球排名前十的超算中，我国的“神威·太湖之光”和“天河二号”分别位列第四位和第七位。其中，“神威·太湖之光”理论峰值性能为125,435.9 TFlops，实际最大算力为93,014.6 TFlops；“天河二号”理论峰值性能为100,678.7TFlops，实际最大算力为61,444.5TFlops。
高校超算应如何建设？
除了以上的“国家队”之外，作为教学科研重地，很多高校也都建设了超算中心，为广大师生和科研人员提供优质高效的计算资源与服务，为天体物理、航空航天、机械制造、海洋学、生物医学等诸多领域的科研发展提供了有力支持。
当前高校算力水平与使用情况
最新的TOP500榜单中，上海交通大学、中南大学、清华大学、南京大学和南方科技大学这五所高校的超算成功上榜。当然，除了上述五所高校，国内其他高校，包括一些传统的文科类院校，实际上也拥有着很强的算力。
林新华表示，得益于多年来高校持续的超算建设，在硬件方面，目前许多重点高校已具备了成熟的建设和运营模式；二三线高校也正处于成长期，不断加大对超算的投入力度，增强计算能力。
从算力建设来看，校级超算中心的通常规模在“百节点、万核心”，日常使用率都达到80%以上。高校超算承担着高校科研团队的学生教学培养和科研项目所需的中小规模计算任务，是我国新型算力网络体系中不可或缺的组成部分。
从运营模式来看，目前大部分高校仍处于向校内提供计算服务，帮助用户学习使用超算的阶段；部分头部高校则已经开始积极探索计算驱动的交叉学科发展模式，推动更多符合我国科研实际情况的自主可控超算软件的研发。
关注教学支持
一个硬件先进、功能齐全、资源丰富的超算中心，可以显著提高高校的科研水平和综合竞争实力。通过提供优质的计算服务，超算中心能够帮助高校在重要学科领域取得突破性研究成果，并在优势学科保持学术水平领先，为高校的“双一流”建设提供更好的支撑和保障。
目前大部分高校的超算中心还是主要关注对科研的支持，忽视了对教学的支持。但在林新华看来，学校超算中心未来需要更多助力课程教学，将计算融入课程教学各环节中，从而提升学生的计算思维与计算技能。
上海交大在国内高校中第一个践行了这个理念，组建了一支20多人的计算思维教辅团队，与专业课教师紧密合作，在专业课教学的各个环节中深度融入对计算思维与计算技能的培养。
同时，在教务处和研究生院的引导下，专业课老师申请校级计算平台的各种计算资源（包括超算、人工智能计算和云计算）给学生使用。
林新华指出，以往学生只能使用自己的笔记本完成课程的计算作业，而使用超算等校级平台的计算资源不仅可以完成更大规模的计算任务，更为重要的是，使用超算所带来的震撼感觉和学习体验是完全不一样的，超算强大的算力能极大激发学生学习兴趣、提高学习热情，进而对专业课教学产生深远影响。
未来发展三个方向
对于超算的未来发展，林新华从学科发展、行业发展和人才培养这三个角度提出了自己的看法。
对于学科发展，中国的高性能计算领域要逐步具有国际影响力，计算驱动下的交叉学科需要得到长足发展，计算要深度融入各个学科的教学与科研中，这样我国未来才能研发出一大批具有国际影响力的专业计算软件。
对于行业发展，中国超算相关的软硬件领域应当逐渐建立具有国际影响力的国家标准和测试体系。超算应当成为经济发展、科研进步的引擎，超算行业也应当成为具有就业前景好、多元化发展和极大个人发展空间的行业。因此，校企合作也要发挥好引领作用，提升超算行业的整体水平。
对于人才培养，必须要实事求是地探索和制定人才培养方案，并在超算的细分领域培养越来越多的学术和工程人才，来带动交叉学科发展。高校超算中心也要利用其自身优势，为交叉学科人才的培养和学科建设提供契机，成为复合型创新人才培养的交流平台。
综上所述，只有进行全面化和体系化的规划和布局，我国的超算学科和超算行业才能得到长足的发展和进步，超算人才队伍才能不断壮大，为“东数西算”的实施提供有力支撑，从而进一步推动我国的科学进步和经济发展。
*文章来源：中国教育网络
*侵权必删
学术前沿速递
学说观点
AIGC交流社区
未央网
毕宣
王凯
- 1
- 2
- 3
